医学影像系统原理3-CT

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1、 医 学 影 像 系 统 原 理 :普 通 CT成 像 技 术 2 一 、 CT的 产 生 与 发 展二 、 CT的 基 本 构 造三 、 CT工 作 流 程四 、 CT扫 描 技 术五 、 电 子 束 CT目 录 3 什 么 是 CT? CT（ Computed Tomography） 又 称 为 计 算机 X线 体 层 摄 影 。 是 计 算 机 控 制 、 X线 成 像、 电 子 机 械 技 术 和 数 学 科 学 相 结 合 的 产 物。 CT检 查 简 便 、 安 全 、 无 创 伤 ， 能 获 得 质量 好 、 诊 断 价 值 高 的 图 像 。 随 相 关 技 术 的快 速 发

2、展 ， CT机 的 性 能 越 来 越 好 ， 功 能 也越 来 越 多 ， 临 床 应 用 范 围 也 越 来 越 广 ， 已成 为 临 床 成 熟 、 必 不 可 少 的 检 查 手 段 。 4 CT的 产 生 CT的 基 础 思 路 基 于 1917年 波 希 米 亚 数 学 家 J.H .Radon用 数 学 原 理 证 实 了 可 通 过 物 体 的 投 影 集 合 来重 建 图 像 。 1963年 美 国 物 理 学 家 A.M.Cormack探 索出 了 用 X线 投 影 数 据 重 建 图 像 的 数 学 方 法 。 他 们 共同 奠 定 了 产 生 CT的 数 学 基 础 。

3、 1971年 10月 ， 英 国 工 程 师 G.N.Hounsfield设 计 并扫 描 出 第 一 幅 具 有 诊 断 价 值 的 头 部 CT图 像 ， 从 而 宣告 世 界 第 一 台 CT扫 描 机 的 研 制 成 功 。 该 机 因 由 英 国EMI公 司 生 产 ， 又 称 EMI扫 描 机 。 5 CT的 意 义 CT机 的 诞 生 是 X线 影 像 技 术 发 展 史 上 的 一 个 里 程 碑。 它 很 好 地 解 决 了 X线 摄 影 的 影 像 重 叠 问 题 ， 获 得了 真 正 的 人 体 横 断 面 图 像 ， 而 且 图 像 密 度 分 辨 率 高， 尤 其 对

4、 软 组 织 器 官 ， 能 清 楚 显 示 其 解 剖 结 构 。 CT机 的 应 用 开 辟 了 医 学 影 像 诊 断 领 域 的 新 时 代 ， 以 致Hounsfield同 Cormack一 起 ， 获 得 了 1979年 的 诺 贝尔 医 学 奖 。 CT一 经 问 世 ， 便 进 入 了 迅 速 发 展 的 快 车 道 。 围 绕 缩短 扫 描 时 间 、 提 高 图 像 质 量 两 个 焦 点 问 题 ， 相 关 技术 不 断 更 新 和 改 进 ， CT的 临 床 应 用 不 断 扩 大 ， 使 用价 值 也 越 来 越 大 。 6 CT的 发 展 阶 段 下 面 将 CT的

5、 发 展 过 程 大 致 分 为 以 下 几 个 阶 段 。 第 一 阶 段 ： 从 CT的 产 生 开 始 ， 到 二 十 世 纪 70年 代 中 期 扇 形 束 扫 描 技 术 的 应 用 ， 实 现 了 CT从 单 纯头 颅 扫 描 到 全 身 扫 描 的 跨 越 。 第 二 阶 段 ： 上 世 纪 80年 代 中 期 “ 滑 环 技 术 ”的 应 用 ， 实 现 了 单 层 CT的 快 速 扫 描 即 螺 旋 CT。 第 三 阶 段 ： 多 排 探 测 器 的 应 用 实 现 了 快 速 容积 扫 描 即 多 层 扫 描 ， 即 多 排 CT。 7 CT的 基 本 构 造 CT成 像

6、过 程 是 通 过 控 制 台 指 令 ， 使 高 压 发 生 器 工 作 而产 生 高 压 ， 高 压 使 X线 球 管 发 射 X线 ； X线 束 被 准 直 后对 被 检 体 某 一 层 面 进 行 透 射 ， 经 探 测 器 测 得 透 过 层 面X线 量 衰 减 值 ， 经 计 算 机 处 理 获 得 一 组 完 整 数 据 投 影， 再 将 其 转 换 成 数 字 信 号 ， 传 输 到 主 计 算 机 ； 由 主 计算 机 计 算 出 该 层 面 组 织 各 单 位 容 积 的 吸 收 系 数 ， 并 排列 成 数 字 矩 阵 ， 而 后 转 换 成 模 拟 信 号 ； 最 后

7、， 在 显 示器 上 以 不 同 灰 阶 形 式 显 示 该 层 面 的 断 面 图 像 。 这 一 过程 需 要 构 成 CT的 各 个 系 统 来 共 同 完 成 。 CT基 本 构 造 主 要 包 括 扫 描 系 统 ， 计 算 机 系 统 ， 其 他 附属 设 备 和 应 用 软 件 。 8 CT扫 描 系 统 扫 描 系 统 主 要 由 扫 描 机 架 、 检 查 床 、 X线 管 球 、高 压 发 生 器 、 探 测 器 阵 列 、 准 直 器 及 滤 过 器 等组 成 。（ 一 ） 扫 描 机 架 (gantry) 扫 描 机 架 是 X线 球 管 、 准 直 器 、 数 据 采

8、 集 系 统 、 机械 传 动 装 置 ， 以 及 控 制 电 路 的 载 体 ， 是 CT数 据 采 集 的关 键 部 分 。 机 架 扫 描 孔 径 决 定 成 像 的 扫 描 几 何 ， 常 规多 为 70cm。 机 架 机 械 精 度 一 定 要 精 确 ， 以 保 证 采 样 处理 所 需 要 的 精 度 ， 并 且 稳 定 性 能 要 好 ， 以 克 服 高 速 旋转 所 致 离 心 力 的 影 响 。 另 外 ， 为 满 足 成 角 度 扫 描 的 需要 ， 扫 描 机 架 可 倾 斜 20或 30。 机 架 内 ， 通 过 滑 环给 管 球 供 电 ， 通 过 光 电 转 换

9、实 现 数 据 传 输 。 9 检 查 床 与 X线 高 压 发 生 器 （ 二 ） 检 查 床 检 查 床 是 病 人 的 承 载 体 ， 作 用 是 将 患 者 送 进 扫 描 机架 内 ， 并 将 被 检 部 位 准 确 地 定 位 到 扫 描 的 位 置 上 。 因 此， 检 查 床 定 位 和 移 动 速 度 的 精 度 必 须 很 高 ， 其 绝 对 误 差不 能 超 过 0.2mm。 床 面 能 降 低 到 最 低 位 置 ， 方 便 患 者 上下 床 。 为 配 合 定 位 ， CT常 配 有 投 光 器 ， 托 架 、 腰 垫 以 及绑 带 等 附 设 装 备 。（ 三 ）

10、X线 高 压 发 生 器 高 压 值 的 变 化 直 接 影 响 X线 能 量 变 化 ， X线 能 量 又 直接 影 响 人 体 各 组 织 的 吸 收 系 数 。 决 定 扫 描 持 续 时 间 长 短是 管 球 的 热 容 量 及 发 生 器 的 容 量 ， 高 压 发 生 器 的 稳 定 性要 好 ， 功 率 要 高 。 一 般 为 30-60KW， 并 附 加 稳 压 装 置 。 10 11 X射 线 球 管（四）X线球管 X线 球 管 的 结 构 与 普 通 X线 机 球 管 基 本 相 同 ， 分 固定 阳 极 球 管 和 旋 转 阳 极 球 管 。 早 期 CT机 都 配 备

11、固 定阳 极 球 管 ， 但 不 能 满 足 高 毫 安 和 连 续 扫 描 的 需 求 ，目 前 已 被 旋 转 阳 极 球 管 所 取 代 。 旋 转 阳 极 X线 球 管 的功 率 较 大 ， 管 电 流 可 以 达 到 100-600mA。 管 电 流 大 ，短 时 间 内 就 可 以 提 供 足 够 的 X线 剂 量 ， 满 足 CT快 速 、连 续 扫 描 的 需 求 。 管 球 的 热 容 量 也 要 大 ， 目 前 最 大达 7.5MHU， 散 热 率 较 高 。 管 球 的 焦 点 通 常 为 0.5-1.2mm。 管 球 散 热 通 常 采 用 油 冷 和 风 冷 方 式

12、。 12 准 直 器 与 滤 过 器 （ 五 ） 准 直 器 CT常 规 配 有 二 个 准 直 器 ， 一 个 设 置 在 管 球 的 X射 线出 口 处 ， 称 为 前 准 直 。 作 用 是 对 X线 束 的 宽 度 进 行 调 节， 并 决 定 被 检 体 的 切 层 厚 度 ， 即 层 厚 ； 降 低 被 检 患 者 的辐 射 剂 量 ； 限 制 焦 点 几 何 投 影 所 致 的 半 影 ， 提 高 CT图 像质 量 。 另 一 个 设 置 在 探 测 器 前 ， 称 为 后 准 直 。 作 用 是 减少 散 射 线 的 干 扰 。 （ 六 ） 滤 过 器 从 管 球 发 射 出

13、的 X线 束 能 量 并 非 均 匀 一 致 ， 包 括 低 能 射线 （ 软 射 线 ） 和 高 能 射 线 （ 硬 射 线 ） 。 低 能 X线 直 接 影响 CT图 像 质 量 。 滤 过 器 一 般 由 低 原 子 序 数 的 物 质 组 成 。它 既 能 吸 收 低 能 X线 ， 使 X线 束 变 成 能 量 均 匀 的 硬 射 线 束， 又 能 减 少 散 射 线 ， 降 低 辐 射 剂 量 ， 提 高 图 像 的 质 量 。 13 （ 七 ） 探 测 器 探 测 器 是 接 收 透 射 X线 光 子 ， 并 将 其 转 换 成 相 同 强度 比 例 的 电 信 号 的 装 置 ，

14、 是 采 集 数 据 的 主 要 部 件 。 探 测器 必 须 具 备 如 下 性 能 ： 良 好 的 X线 接 收 和 转 换 能 力 ，检 测 效 率 高 。 对 于 能 量 范 围 在 40-100kev之 间 的 不 同强 度 的 X线 都 能 均 匀 接 收 ， 线 性 好 。 稳 定 性 好 ， 受 理化 因 素 影 响 小 ， 使 用 寿 命 长 。 余 辉 短 ， 恢 复 能 力 强 。 体 积 小 ， 空 间 配 置 容 易 ， 几 何 效 率 高 。 探 测 器 的 种 类 很 多 。 常 用 的 有 闪 烁 晶 体 探 测 器 ， 如碘 化 铯 、 钨 酸 钙 及 陶 瓷

15、 材 料 和 氙 气 电 离 室 探 测 器 两 种 。目 前 普 遍 采 用 固 态 稀 土 陶 瓷 探 测 器 。 它 集 合 了 上 述 两 种探 测 器 的 优 点 。 一 方 面 对 X线 的 吸 收 率 高 达 99%以 上 ， 检测 效 率 极 高 ； 另 一 方 面 余 辉 少 ， 稳 定 性 高 ， 适 用 于 快 速连 续 的 螺 旋 扫 描 。 14 模 数 转 换 器 （ 八 ） 模 数 转 换 器 探 测 器 将 X线 信 号 转 变 为 电 信 号 ， 二 者在 强 度 上 成 正 比 ， 可 将 电 信 号 作 为 X线 信 号的 模 拟 物 理 量 。 计 算

16、机 只 能 对 数 字 信 号 进 行运 算 ， 而 不 能 直 接 对 电 信 号 等 模 拟 量 进 行 处理 。 将 电 信 号 等 模 拟 量 转 换 成 计 算 机 可 以 处理 的 数 字 信 号 的 装 置 就 是 模 数 转 换 器 。 模 数转 换 器 是 CT数 据 采 集 系 统 中 的 关 键 部 分 。 15 计 算 机 系 统 计 算 机 系 统 是 CT运 行 的 控 制 中 枢 ， 主 要 由 主 控 计 算 机和 阵 列 处 理 计 算 机 两 部 分 组 成 。 主 控 计 算 机 是 中 央 处 理 系 统 。 一 方 面 对 数 据 采 集 系 统、 阵

17、 列 处 理 计 算 机 、 磁 盘 等 装 置 ， 以 及 机 架 和 高 压 系统 的 微 处 理 器 间 的 输 入 和 输 出 进 行 连 接 和 处 理 ； 另 一方 面 ， 通 过 中 央 处 理 器 和 存 储 器 执 行 以 下 功 能 ： 监 控 扫 描 ， 并 将 扫 描 数 据 （ 投 影 值 ） 送 入 存 储 器 。 CT值 的 校 正 和 输 入 数 据 的 扩 充 ， 即 进 行 插 值 处 理 。 控 制 信 息 的 传 递 和 数 据 管 理 ； 图 像 程 序 控 制 。 字 符 显 示 的 处 理 。 机 器 故 障 分 析 等 。 阵 列 处 理 机 由

18、 主 控 计 算 机 控 制 接 收 从 数 据 采 集 系 统 和磁 盘 获 得 的 数 据 ， 进 行 运 算 后 ， 再 返 回 主 控 计 算 机 进行 终 端 显 示 ， 它 与 主 控 计 算 机 并 行 工 作 。 16 其 他 设 备1.磁 盘 机 和 相 关 存 储 媒 介 磁 盘 机 是 计 算 机 运 行 的 重 要 部 件 。 它 既是 用 来 存 储 支 持 计 算 机 运 行 的 操 作 系 统 软 件 和 CT工 作 软 件 ， 也 可以 对 采 集 的 原 始 数 据 和 重 建 后 的 图 像 进 行 储 存 ， 同 时 还 起 着 从 磁带 或 光 盘 中

19、存 取 图 像 的 中 介 作 用 。 存 储 病 人 的 图 像 、 计 算 机 原 始 数 据 以 及 相 关 病 人 资 料 的 媒 介 很多 ， 如 各 种 磁 带 、 光 盘 、 磁 光 盘 和 软 盘 等 。 随 着 计 算 机 技 术 的 快速 发 展 ， 这 些 媒 介 的 存 贮 容 量 越 来 越 大 ， 存 取 速 度 也 越 来 越 快 。2.操 作 台 通 过 操 作 台 控 制 CT机 的 工 作 ， 包 括 输 入 扫 描 参 数 、 监 控扫 描 情 况 、 调 节 图 像 灰 度 、 打 印 图 像 、 储 存 图 像 和 机 器 故 障 分 析等 。 操 作

20、 台 一 般 由 视 频 显 示 系 统 、 电 视 组 件 系 统 和 软 盘 系 统 三 部分 构 成 。3.其 它 附 属 设 备 CT机 通 常 配 备 一 些 附 属 设 备 ， 以 协 助 完 成 检 查 工 作 。 例 如 ， 激 光 打 印 机 、 洗 片 机 、 高 压 注 射 器 等 。 应 用 软 件 应 用 软 件 包 括 基 本 功 能 软 件 和 特 殊 功 能 软 件 。 基 本 功能 软 件 包 括 扫 描 、 照 相 、 图 像 储 存 和 清 盘 （ 从 硬 盘 中清 除 图 像 ） 等 软 件 。 作 用 是 完 成 图 像 处 理 和 机 器 故 障分

21、析 等 。 CT基 本 功 能 是 在 同 一 个 管 理 程 序 控 制 下 ， 几个 彼 此 独 立 的 基 本 功 能 软 件 ， 相 互 协 调 ， 共 同 执 行 的结 果 。 特 殊 功 能 软 件 种 类 繁 多 ， 并 且 在 不 断 的 开 发 和 改 进 。常 用 的 软 件 有 ： 动 态 扫 描 、 快 速 连 续 扫 描 、 定 位 扫 描、 目 标 扫 描 、 图 像 过 滤 、 高 分 辨 率 扫 描 、 图 像 三 维 重建 、 图 像 多 平 面 重 组 、 虚 拟 内 窥 镜 、 自 动 mA 扫 描 、CT心 脏 成 像 、 智 能 血 管 分 析 软 件

22、 等 等 。 17 CT成 像 原 理 电 子 束 CT扫 描 时 首 先 启 动 扫 描 序 列 ， 计 算 机 发出 指 令 使 电 子 枪 发 射 电 子 束 ， 并 使 之 加 速 ， 产生 高 能 量 电 子 脉 冲 。 电 子 束 由 聚 焦 线 圈 和 偏 转 线 圈 控 制 通 过 真 空 偏移 管 ， 聚 焦 线 圈 使 电 子 束 聚 集 。 偏 转 线 圈 的 磁 场 变 化 使 得 聚 焦 电 子 束 旋 转 轰 击扫 描 机 架 下 方 的 四 个 靶 环 中 的 一 个 ， 并 产 生 旋转 的 X线 ， 实 现 CT扫 描 。 18 CT成 像 原 理 电 子 束

23、 扫 描 速 度 和 整 个 扫 描 序 列 中 扫 描 的靶 环 数 ， 以 及 被 扫 次 数 都 由 计 算 机 控 制 。 准 直 器 则 控 制 X线 束 的 形 状 ， 使 X线 呈 扇 形在 直 径 47.4cm扫 描 区 域 内 穿 过 病 人 。 在 扫 描 机 架 上 方 平 行 排 列 着 两 组 固 定 探 测器 ， 接 收 扫 描 体 衰 减 后 的 X线 信 号 ， 经 光电 转 换 ， 由 数 据 采 集 系 统 进 行 预 处 理 后 经光 缆 送 至 扫 描 存 储 器 ， 再 传 输 到 快 速 重 建系 统 进 行 层 面 图 像 重 建 。 19 CT工

24、 作 流 程 20 CT图 像 投 影 重 建 21 CT扫 描 技 术 阐 述 了 CT的 基 本 概 念 、 常 见 术 语 和 扫 描方 式 。 基 本 概 念 和 常 见 术 语 是 CT扫 描 技 术 的 基础 ， 理 解 CT基 本 概 念 和 常 见 术 语 是 掌 握CT扫 描 方 式 的 前 提 和 保 证 。 CT扫 描 方 式 是 CT扫 描 技 术 的 具 体 应 用 ，它 分 为 普 通 扫 描 、 增 强 扫 描 、 造 影 扫 描和 特 殊 扫 描 。 22 基 本 概 念 和 术 语 密 度 分 辨 率 (Contrast Resolution) 指 在 低 对

25、 比 度 情 况 下 ， 图 像 对 两 种 组 织 之 间 最 小密 度 差 别 的 分 辨 能 力 ， 常 以 百 分 数 表 示 。 例 如 ： 0.2%， 5mm， 0.45Gy， 表 示 物 体 的 直 径 为 5mm ， 病 人 的 接受 剂 量 为 0.45Gy 时 ， CT的 密 度 分 辨 率 为 0.2%， 即 表示 相 邻 两 种 组 织 密 度 值 差 大 于 或 等 于 0.2时 ， CT即 可分 辨 ， 小 于 此 值 则 无 法 分 辨 。 CT图 像 密 度 值 用 不 同 级的 灰 阶 表 示 。 灰 阶 等 级 由 2 N决 定 ， N是 二 进 制 的 位

26、 数， 被 称 为 比 特 ， 比 特 值 大 ， 表 示 信 息 量 大 ， 量 化 的 精度 高 ， 反 之 则 低 。 影 响 密 度 分 辨 率 的 主 要 因 素 有 层 厚、 X线 剂 量 和 噪 声 等 。 23 空 间 分 辨 率 (Spatial Resolution)指 在 高 对 比 度 的 情 况 下 ， 密 度 分 辨 率 大 于10%时 ， 图 像 对 组 织 结 构 空 间 大 小 的 鉴 别 能 力。 常 以 每 厘 米 内 的 线 对 数 （ Lp/cm） 表 示 。 其换 算 关 系 为 ： 5 Lp/cm=可 辨 最 小 物 体 直 径 （mm） 。 线

27、对 数 越 多 ， 空 间 分 辨 率 越 高 。 影 响 空间 分 辨 率 的 主 要 因 素 有 像 素 、 探 测 器 孔 径 、 相邻 探 测 器 间 距 、 图 像 重 建 的 卷 积 滤 波 函 数 、 数据 取 样 、 矩 阵 、 X线 管 焦 点 尺 寸 和 机 器 精 度 等。 其 中 像 素 是 最 主 要 的 因 素 ， 扫 描 图 像 矩 阵 中像 素 越 多 ， 空 间 分 辨 率 就 越 高 。 24 部 分 容 积 效 应 (Partial Volume Phenomena) 又 称 体 积 平 均 值 效 应 。 即 在 同 体 像 素 中 ， 存 在 有 不

28、同 衰减 系 数 的 物 质 时 ， 对 这 些 衰 减 系 数 的 平 均 值 。 也 就 是 在同 一 扫 描 层 面 内 ， 含 有 两 种 或 两 种 以 上 的 不 同 密 度 的 组织 时 ， 其 所 测 得 的 CT值 是 它 们 的 平 均 值 ， 因 而 不 能 真 实地 反 映 其 中 任 何 一 种 组 织 的 CT值 。 当 病 变 组 织 小 于 层 厚时 ， 所 测 得 的 CT值 不 能 反 映 该 病 变 组 织 的 CT值 。 如 果 病变 组 织 的 密 度 高 于 周 围 其 它 组 织 ， 所 测 得 病 变 组 织 的 CT值 低 于 其 本 身 真

29、实 的 CT； 反 之 ， 如 果 病 变 组 织 的 密 度 低于 周 围 其 它 组 织 ， 所 测 得 病 变 组 织 的 CT值 高 于 其 本 身 真实 的 CT。 因 此 ， 在 临 床 扫 描 工 作 中 ， 对 小 病 变 的 扫 描 ，力 求 使 用 薄 层 扫 描 或 部 分 重 叠 扫 描 ， 以 减 轻 部 分 容 积 效应 的 干 扰 。 25 周 围 间 隙 现 象 (Around Clearance Phenomenon) 在 同 一 扫 描 层 面 上 ， 与 该 层 面 垂 直 的 两 种 相邻 且 密 度 不 同 的 组 织 ， 其 边 缘 部 分 所 测

30、得 的CT值 也 不 能 真 实 地 反 映 其 本 身 组 织 的 CT值 。扫 描 线 束 在 两 种 组 织 交 界 处 相 互 重 叠 ， 边 缘分 辨 不 清 。 密 度 高 的 ， 其 边 缘 CT值 比 本 身 组织 的 CT值 小 。 反 之 ， 密 度 低 的 ， 其 边 缘 CT值比 本 身 组 织 的 CT值 大 。 26 CT值 (CT Value) CT值 是 用 于 测 量 CT图 像 密 度 值 的 统 一 计 量 单 位 ， 单 位是 亨 氏 单 位 （ Hounsfield unit,Hu） 。 X线 穿 透 人 体 后的 衰 减 特 性 都 遵 从 指 数

31、衰 减 规 律 ， 数 学 表 达 公 式 为 ： I=I0e- d 其 中 I表 示 通 过 物 质 衰 减 后 的 X线 强 度 ， IO表 示 入 射 X线强 度 ， 表 示 物 质 的 吸 收 系 数 ， d表 示 物 质 的 厚 度 。 当 X线 穿 过 人 体 不 同 组 织 后 ， 由 于 X线 的 波 长 、 组 织 的原 子 序 数 和 组 织 的 密 度 不 同 ， 因 而 组 织 的 吸 收 系 数 不同 。 衰 减 系 数 值 表 示 的 通 常 是 物 质 的 相 对 密 度 。 27 CT值 (CT Value) 在 CT图 像 的 分 析 中 ， 着 重 于 组

32、织 结 构 的 密 度 差 异 即 相 对密 度 ， 而 不 是 密 度 的 绝 对 值 。 CT值 表 示 的 是 一 种 相 对 密度 ， 它 以 某 种 物 质 的 衰 减 系 数 与 一 种 参 考 材 料 的 衰 减 系数 作 比 较 。 若 以 水 作 参 考 ， 软 组 织 的 软 接 近 于 水 ，肌 肉 的 肌 比 水 高 约 5%， 脂 肪 的 脂 约 比 水 低 10%， 脑 白质 与 脑 灰 质 的 值 差 约 0.5%， 而 它 们 与 水 差 3.5%， 骨 的 骨 大 约 是 水 的 水 两 倍 。 ， Hounsfie在 医 学 研 究 中 ，靠 衰 减 系 数

33、 的 比 较 和 计 算 方 法 很 不 方 便 ld以 水 的 水 作为 标 准 ， 定 义 了 一 个 称 作 CT值 的 标 度 ， 即 CT值 ， 单 位 为Hu（ Hounsfield unit） 。 28 CT值 计 算 公 式 某 物 质 的 CT值 等 于 该 物 质 的 衰 减 系 数 物与 水 的 衰 减 系 数 水 之 差 ， 再 除 水 的 衰 减系 数 水 的 商 ， 乘 以 分 度 系 数 1000。 其 公式 如 下 ：CT值=（物- 水）/ 水1000 29 不 同 人 体 组 织 的 CT值 把 人 体 组 织 的 CT值 界 限 划 分 为 2000个 单

34、位 ， 水 的 CT值 为0， 空 气 和 密 质 骨 的 CT值 分 别 为 -1000和 +1000。 密 质 骨的 CT值 为 上 限 ， 空 气 CT值 为 下 限 。 已 知 人 体 各 组 织 的 衰减 系 数 ， 根 据 上 述 公 式 ， 即 可 得 到 各 组 织 的 CT值 （ 见 表16 1） 。 从 表 中 可 以 看 出 ， 组 织 密 度 越 大 ， CT值 越 高， 密 度 越 小 ， CT值 越 低 。 CT值 的 应 用 在 于 CT值 的 绝 对 值可 以 大 致 确 定 某 些 组 织 的 存 在 ， 如 出 血 、 钙 化 、 脂 肪 和液 体 等 ；

35、CT值 的 相 对 值 计 算 可 以 估 计 组 织 结 构 类 型 和 密度 ， 对 病 变 的 定 性 分 析 有 很 大 的 帮 助 。 但 CT值 会 受 很 多因 素 的 干 扰 ， 如 X线 硬 化 、 扫 描 参 数 、 温 度 和 邻 近 组 织等 。 因 此 ， 在 CT图 片 的 分 析 中 ， CT值 仅 作 为 参 考 因 素 ，不 能 作 为 诊 断 依 据 。 30 31 伪 影 （ Artifacts） 在 CT图 像 形 成 中 ， 因 机 器 或 人 体 本 身 等 因 素 的 影 响而 产 生 被 检 体 不 存 在 而 图 像 显 示 出 来 的 假 象

36、 ， 即 是伪 影 。 伪 影 影 响 图 像 质 量 ， 在 工 作 中 应 尽 量 避 免 和减 少 伪 影 。 常 见 伪 影 有 ： 1. 运 动 条 纹 伪 影 在 CT扫 描 过 程 中 ， 由 于 病 人 的自 主 和 不 自 主 运 动 （ 如 呼 吸 、 心 跳 和 胃 肠 运 动 等 ）使 检 测 不 一 致 ， 图 像 上 表 现 为 粗 细 不 等 ， 黑 白 相 间的 条 状 伪 影 。 32 常 见 伪 影2. 交 叠 混 淆 伪 影 在 照 射 体 内 出 现 高 于 采 样 频 率 的 空间 频 率 而 产 生 的 伪 影 。3. 杯 状 伪 影 和 角 状 伪

37、 影 当 X线 穿 过 人 体 后 ， X线 束 能量 保 持 不 变 而 产 生 的 伪 影 ， 称 为 杯 状 伪 影 。 当 投 射 曲线 作 角 分 布 时 产 生 的 伪 影 ， 称 为 角 状 伪 影 。4. 模 糊 伪 影 和 帽 状 伪 影 图 像 重 建 中 心 与 扫 描 旋 转 中心 重 合 时 产 生 的 伪 影 ， 称 之 模 糊 伪 影 。 当 被 检 体 在 扫描 野 内 时 ， 产 生 截 止 于 边 缘 处 的 伪 影 ， 称 之 为 帽 状 伪影 。5. 环 状 伪 影 由 于 探 测 器 的 灵 敏 度 不 一 致 ， 采 样 系 统故 障 造 成 的 伪

38、 影 ， 常 出 现 在 图 像 的 高 对 比 区 ， 并 向 低对 比 区 扩 散 。 33 图 像 灰 阶 (Image Grey Scale) 将 重 建 矩 阵 中 每 一 像 素 的 CT值 ， 转 变 成 相 应的 从 黑 到 白 不 同 深 度 的 信 号 ， 并 显 示 在 图 像或 显 示 器 上 ， 这 种 黑 白 信 号 的 等 级 差 别 ， 称为 灰 阶 。 灰 阶 有 16个 刻 度 ， 每 一 刻 度 内 有 四级 连 续 变 化 的 灰 度 ， 故 共 有 64个 连 续 不 同 的灰 色 等 级 。 34 常 见 术 语 （ Common Terms） CT

39、值 标 度 (Demarcation of CT Value)将 空 气 和 水 的 衰 减 的 CT值 作 为 标 度 。 在 EMI标 度 中 ，空 气 和 水 标 度 分 别 为 -500和 0， 而 在 Hounsfield标 度 中则 分 别 为 -1000和 0。 体 素 (Voxel) 即 体 积 单 元 的 简 称 。 它 是 某 组 织 一 定 厚 度 的 空 间 体 积 单元 ， 如 果 以 X线 通 过 人 体 的 厚 度 作 为 深 度 ， 那 么 像 素 乘以 深 度 即 为 体 素 。 例 如 某 组 织 的 深 度 为 10 mm， 像 素 为1mm 1mm， 则

40、 体 素 为 10 mm 1mm 1mm。 体 素 减 少 ， 即层 厚 变 薄 ， 探 测 器 接 收 到 的 X线 光 子 的 量 相 对 减 少 ， 为了 保 证 质 量 ， 必 须 增 加 毫 安 秒 ， 既 增 加 X线 的 剂 量 。 35 双 窗 技 术 (Double Window Technique) 窗 口 技 术 (Window Technique) 即 利 用 数 字 图 像 的 特 点 ， 改 变 亮 度 与 CT值 的关 系 ， 显 示 不 同 组 织 的 技 术 。 选 择 合 适 的 窗 宽和 窗 位 ， 将 感 兴 趣 区 的 病 变 信 息 显 示 出 来

41、， 它是 影 像 的 最 终 目 的 ， 也 是 分 析 数 字 化 图 像 的 重要 方 法 。 双 窗 技 术 主 要 用 于 CT扫 描 图 像 中 密 度 相 差 太 大组 织 的 观 察 ， 既 要 看 见 低 密 度 组 织 ， 又 要 看 见高 密 度 组 织 ， 如 胸 部 的 肺 窗 和 纵 隔 窗 ， 骨 肌 系统 的 骨 窗 和 软 组 织 窗 等 。 36 窗 宽 和 窗 位 (Window Width and Window Level) 窗 宽 是 荧 光 屏 上 对 应 于 图 像 灰 阶 的 CT值 范 围 。 窗 宽越 宽 ， 可 以 观 察 组 织 CT值 的

42、 范 围 越 大 ， 适 合 观 察 CT值 变 化 范 围 较 大 的 组 织 ， 如 肺 和 骨 组 织 等 。 窗 位 ，又 称 窗 平 或 窗 中 心 ， 对 应 图 像 灰 阶 的 中 心 位 置 ， 也就 是 所 观 察 组 织 的 中 心 CT值 。 一 般 将 所 观 察 组 织 的CT值 定 为 窗 位 ， 它 既 能 显 示 比 该 组 织 密 度 高 的 病 变， 也 能 观 察 比 该 组 织 密 度 低 的 病 变 。 如 果 某 组 织 的窗 位 为 L， 窗 宽 为 W， 那 么 该 组 织 的 CT值 范 围 为 L-W/2-L+W/2。 37 探 测 器 孔

43、径 (Detector Aperture) 探 测 器 孔 径 是 X线 能 够 进 入 探 测 器 传 感 部 分的 探 测 器 的 有 效 口 径 ， 通 常 是 指 探 测 器 阵列 面 向 X线 方 向 上 的 孔 径 尺 寸 。 CT机 孔 径 扇 形 角 (Sector Angle) 产 生 透 射 量 信 号 的 检 测 器 阵 列 所 对 应 的 角度 ， 顶 点 即 为 X线 球 管 内 的 焦 点 。 38 常 见 术 语 （ Common Terms） 原 始 数 据 与 显 示 数 据 （ Raw Data and Display Data） 原 始 数 据 是 由 探

44、 测 器 接 受 ， 经 过 放 大 和 数 /模（ A/D） 转 化 转 换 后 所 得 到 的 数 据 。 显 示 数 据 是将 原 始 数 据 经 权 函 数 处 理 后 所 得 到 的 构 成 组 织某 层 面 图 像 的 数 据 。 间 距 （ Interval） 指 常 规 断 层 扫 描 中 ， 上 一 层 面 的 上 缘 与 下 一 层面 的 上 缘 的 距 离 ， 它 也 可 以 等 于 、 小 于 或 大 于层 厚 ， 小 于 层 厚 为 重 叠 扫 描 。 39 被 扫 对 象 三 垂 面 定 义 横 断 面 （ axial view） -(b) 冠 状 面 （ coro

45、nal view)-(a) 矢 状 面 （ saggital view） -(c) 40(a) (b)(c) CT扫 描 方 式 普 通 扫 描 （ Precontrast Scanning or Non-contrast Scan） 普 通 扫 描 又 称 为 平 扫 或 非 增 强 扫 描 ， 是 指 血 管内 不 注 射 对 比 剂 的 CT扫 描 。 常 采 用 横 断 面 扫 描和 冠 状 面 扫 描 。 一 般 先 进 行 普 通 扫 描 ， 然 后 根据 病 情 的 需 要 ， 再 决 定 是 否 增 强 扫 描 ， 普 通 扫描 的 层 厚 和 层 间 距 常 采 用 10mm

46、,特 殊 位 置 采 用 5 mm或 3 mm。 普 通 扫 描 主 要 适 用 于 骨 骼 、 肺 等 密度 差 异 较 大 的 组 织 ， 其 次 是 急 腹 征 ， 以 及 对 对比 剂 有 禁 忌 症 的 患 者 。 41 增 强 扫 描 (Enhancement Scan) 经 静 脉 内 注 入 对 比 剂 后 的 CT扫 描 ， 称 为 增 强 扫描 。 目 的 是 使 血 供 丰 富 的 组 织 、 器 官 以 及 病 灶的 碘 含 量 增 高 ， 从 而 增 加 组 织 与 病 灶 间 的 密 度差 。 增 强 扫 描 能 动 态 观 察 不 同 脏 器 或 病 灶 中 对比

47、 剂 的 分 布 与 排 泄 情 况 ， 发 现 平 扫 难 以 发 现 的小 病 灶 、 等 密 度 病 灶 或 显 示 不 清 的 病 灶 ， 以 及观 察 血 管 结 构 和 血 管 性 病 变 。 根 据 不 同 病 灶 的强 化 类 型 、 时 间 和 特 点 ， 以 及 病 灶 大 小 、 形 态、 范 围 以 及 与 周 围 组 织 间 的 关 系 ， 对 病 变 进 行定 量 和 定 性 诊 断 。 42 造 影 扫 描 (Myelography CT Scan) 对 某 一 器 官 或 结 构 直 接 或 间 接 注 入 对 比 剂 后 ， 再 进行 扫 描 的 的 方 法

48、， 称 为 造 影 扫 描 。 它 的 特 点 是 利 用阳 性 对 比 剂 的 显 影 ， 清 楚 地 显 示 器 官 和 组 织 结 构 ，以 利 于 发 现 病 灶 和 鉴 别 诊 断 。 它 分 为 血 管 造 影 和 非血 管 造 影 。 血 管 造 影 是 对 比 剂 经 血 管 注 入 后 ， 对 比 剂 选 择 性 地显 示 某 脏 器 或 组 织 所 属 动 脉 或 静 脉 ， 提 高 该 脏 器 或组 织 病 变 的 检 出 率 和 定 位 定 性 的 诊 断 。 它 是 将 CT扫描 和 血 管 造 影 两 种 技 术 融 合 起 来 的 一 种 检 查 方 法 ，在 临

49、 床 上 主 要 用 于 肝 脏 的 占 位 性 病 变 ， 特 别 是 小 肝癌 的 检 查 。 43 非 血 管 造 影 扫 描 非 血 管 造 影 是 ， 将 对 比 剂 注 入 所 要 显 示 的某 一 脏 器 或 组 织 结 构 内 或 周 围 ， 然 后 再 进行 扫 描 的 一 种 方 法 。 特 点 是 对 所 要 显 示 的脏 器 或 结 构 的 大 小 、 边 缘 以 及 周 围 关 系 显示 清 楚 ， 能 较 好 地 确 定 有 无 病 变 和 病 变 的侵 犯 范 围 。 常 见 的 有 ： 脑 池 和 脑 室 造 影 CT， 脊 髓 造 影 CT， 关 节 造 影

50、CT， 胆 道 造 影 CT， 涎 腺 造 影 CT及 肠 腔 充 盈 造 影 CT。 44 特 殊 扫 描 (special CT scan) 薄 层 扫 描 (Thin Slice Scan) 是 指 扫 描 层 厚 小 于 5mm的 扫 描 ， 一 般 采 用 1 5mm。 目 的 是 减 少 部 分 容 积 效 应 ， 观 察 病 变 内 部 细节 以 及 用 来 发 现 小 病 灶 ， 如 肺 内 的 孤 立 性 或 弥漫 性 小 结 节 、 胆 系 或 泌 尿 系 的 梗 阻 平 面 、 胰 腺病 变 、 内 耳 以 及 主 动 脉 夹 层 撕 裂 的 内 膜 片 。 某些 特 定

51、 部 位 ， 常 规 也 采 用 薄 层 扫 描 ， 如 鞍 区 、眼 眶 、 桥 小 脑 角 、 肾 上 腺 和 耳 部 等 。 另 外 ， 对于 某 些 需 要 重 建 和 后 处 理 的 部 位 ， 原 则 上 也 应采 用 薄 层 扫 描 。 45 重 叠 扫 描 (Overlap Scan) 指 层 间 距 小 于 层 厚 ， 使 相 邻 的 扫 描 层 面 部分 重 叠 的 CT扫 描 。 如 层 厚 为 10mm， 层 间 距为 7mm， 相 互 两 层 面 就 有 3mm的 重 叠 。 重 叠扫 描 的 目 的 除 减 少 部 分 容 积 效 应 ， 使 图 像更 真 实 的

52、反 映 病 灶 外 ， 关 键 是 提 高 小 病 灶的 检 出 率 。 但 过 多 的 重 叠 ， 扫 描 层 面 数 会增 加 ， 病 人 接 受 X线 量 加 大 ， 不 利 于 病 人的 辐 射 防 护 。 因 此 ， 该 方 法 不 作 为 常 规 CT检 查 。 46 延 迟 扫 描 (Delayed Scan) 指 注 射 对 比 剂 后 ， 等 待 数 分 钟 ， 甚 至 数 小 时 后 再 行 扫 描 的 一种 CT检 查 方 法 。 延 迟 扫 描 时 间 ， 依 据 组 织 和 病 变 的 性 质 而 定。 原 因 是 体 内 不 同 组 织 和 病 变 ， 对 碘 的

53、排 泄 不 一 致 。 通 过 静脉 注 射 碘 对 比 剂 ， 约 90%的 碘 通 过 肾 脏 排 泄 ， 约 10%经 肝 脏 排泄 ， 正 常 肝 细 胞 具 有 吸 收 和 排 泄 碘 的 功 能 。 因 此 ， 在 注 入 对比 剂 数 小 时 后 ， 肝 脏 的 CT值 可 以 增 加 15 20Hu； 而 病 灶 组 织由 于 不 具 备 吸 收 和 排 泄 碘 的 功 能 ， 随 着 时 间 的 延 迟 ， CT值 基本 无 变 化 ； 根 据 密 度 差 别 的 变 化 规 律 ， 对 某 些 病 变 的 定 性 诊断 有 很 大 的 帮 助 。 CT检 查 时 ， 大 部

54、 分 肝 脏 病 变 都 需 要 延 迟 扫描 ， 如 血 管 瘤 、 小 肝 癌 、 肝 腺 瘤 ， 以 及 局 灶 性 肝 内 结 节 增 生等 。 不 同 的 病 变 表 现 出 不 同 的 延 迟 特 点 ， 如 血 管 瘤 表 现 为 “两 快 一 慢 ” ， 小 肝 癌 表 现 为 “ 快 进 快 出 ” 等 等 。 47 目 标 扫 描 (Object Scan) 又 称 靶 扫 描 (target CT scan)或 放 大 扫 描(enlarge scan)， 是 对 兴 趣 区 进 行 扫 描 的 一种 方 法 。 目 的 是 使 兴 趣 区 组 织 器 官 图 像 放 大

55、， 图 像 空 间 分 辨 率 提 高 。 常 用 于 组 织 结 构 小的 器 官 或 病 灶 ， 如 垂 体 、 内 耳 、 肾 上 腺 和 肺内 的 孤 立 结 节 等 。 48 动 态 扫 描 (Dynamic Scan) 指 静 脉 团 注 (Bolus Injection) 对 比 剂 后 ， 在 极 短 的 时 间 内对 某 一 组 织 器 官 进 行 快 速 连 续 扫 描 ， 扫 描 结 束 后 再 重 建 图 像的 方 法 。 该 方 法 可 获 得 动 脉 早 期 、 动 脉 期 、 静 脉 期 和 静 脉 晚期 等 不 同 时 相 的 强 化 图 像 。 它 分 为 两

56、 种 ： 进 床 式 动 态 扫 描(Incremental Dynamic Scanning)和 同 层 动 态 扫 描 (Single Level Dynamic Scanning)。 前 者 是 对 一 定 范 围 的 组 织 器 官 进行 快 速 连 续 扫 描 ， 目 的 是 了 解 整 个 区 域 有 无 病 变 和 病 变 的 多少 。 后 者 是 先 对 某 一 组 织 器 官 进 行 平 扫 ， 找 出 兴 趣 区 ， 再 对兴 趣 区 的 某 一 层 面 进 行 连 续 多 次 的 快 速 扫 描 ； 然 后 根 据 扫 描结 果 ， 将 病 变 组 织 的 密 度 变 化

57、 和 时 间 对 应 ， 绘 成 时 间 密 度 曲线 ； 根 据 曲 线 的 变 化 特 点 了 解 病 灶 组 织 的 血 液 供 应 及 血 液 动力 学 改 变 ， 为 诊 断 提 供 更 多 的 信 息 ， 以 此 确 定 病 变 的 性 质 。 49 CT灌 注 成 像 (CT Perfusion Image) CT灌 注 成 像 是 结 合 高 速 注 射 （ 4-12ml/s） 和 快 速 扫 描技 术 而 建 立 起 来 的 一 种 成 像 方 法 。 通 过 分 析 动 态 增 强图 像 获 得 一 系 列 组 织 参 数 ， 如 组 织 的 血 流 量 、 组 织 的血

58、容 量 、 平 均 通 过 时 间 以 及 峰 值 时 间 等 ， 主 要 用 于 了解 组 织 的 血 流 灌 注 情 况 。 它 有 两 个 技 术 特 点 ： 一 是 对比 剂 团 注 的 速 度 要 快 ； 二 是 时 间 分 辨 率 要 高 。 最 初 CT灌 注 成 像 仅 用 于 脑 梗 死 的 诊 断 ， 随 着 先 进 的 计 算 机 图像 处 理 技 术 的 发 展 和 扫 描 技 术 的 日 益 成 熟 ， 以 后 逐 渐用 于 肝 、 脾 、 肾 及 肿 瘤 的 血 流 灌 注 的 诊 断 。 大 多 器 官移 植 后 ， 为 了 了 解 移 植 血 管 的 存 活 情

59、 况 和 移 植 器 官 的血 流 灌 注 情 况 ， 常 常 采 用 CT灌 注 成 像 来 判 断 。 50 电 子 束 CT 电 子 束 CT（ electron beam computed tomography，EBCT） 又 称 电 子 束 体 层 成 像 （ electron beam tomography， EBT） 它 与 常 规 螺 旋 CT相 比 ， 由 于 其 扫 描速 度 更 快 ， 达 到 毫 秒 级 水 平 ， 时 间 分 辨 率 显 著 提 高 ， 故又 称 作 超 高 速 CT（ ultrafast computed tomography，UFCT） 或 电 影

60、 CT（ Cine-CT） ， 是 第 五 代 CT。 电 子 束 CT是 由 美 国 Douglas boyd博 士 于 1983年 首 先 开 发 并 应 用于 临 床 ， 发 明 者 的 最 初 目 的 是 使 心 脏 结 构 清 晰 成 像 并 能获 得 足 够 的 空 间 分 辨 率 。 因 此 ， 电 子 束 CT对 运 动 器 官 如心 脏 和 不 自 主 运 动 器 官 如 腹 部 脏 器 可 在 短 时 间 内 获 得 多层 、 多 幅 清 晰 图 像 ， 并 能 以 电 影 形 式 显 示 于 屏 幕 。 所 以， 它 更 适 合 于 心 血 管 疾 病 以 及 胸 腹 部

61、 血 管 的 检 查 。 51 电 子 束 CT成 像 原 理 电 子 束 CT扫 描 时 首 先 启 动 扫 描 序 列 ， 计 算 机 发出 指 令 使 电 子 枪 发 射 电 子 束 ， 并 使 之 加 速 ， 产生 高 能 量 电 子 脉 冲 。 电 子 束 由 聚 焦 线 圈 和 偏 转 线 圈 控 制 通 过 真 空 偏移 管 ， 聚 焦 线 圈 使 电 子 束 聚 集 。 偏 转 线 圈 的 磁 场 变 化 使 得 聚 焦 电 子 束 旋 转 轰 击扫 描 机 架 下 方 的 四 个 靶 环 中 的 一 个 ， 并 产 生 旋转 的 X线 ， 实 现 CT扫 描 。 52 电 子

62、 束 CT成 像 原 理 电 子 束 扫 描 速 度 和 整 个 扫 描 序 列 中 扫 描 的靶 环 数 ， 以 及 被 扫 次 数 都 由 计 算 机 控 制 。 准 直 器 则 控 制 X线 束 的 形 状 ， 使 X线 呈 扇 形在 直 径 47.4cm扫 描 区 域 内 穿 过 病 人 。 在 扫 描 机 架 上 方 平 行 排 列 着 两 组 固 定 探 测器 ， 接 收 扫 描 体 衰 减 后 的 X线 信 号 ， 经 光电 转 换 ， 由 数 据 采 集 系 统 进 行 预 处 理 后 经光 缆 送 至 扫 描 存 储 器 ， 再 传 输 到 快 速 重 建系 统 进 行 层 面 图 像 重 建 。 53 电 子 束 CT 54 55 谢 谢 !Thank you!